JPH11330608A - 波長可変光源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転ステージの径を小さくでき、波長再現性
を高くする。 【解決手段】 駆動装置３５によって直進ステージ３４
を半導体レーザ３２に接近または離間させると、スライ
ドバー４０の他端４０ｂとスライドガイド４１のガイド
部４１ｂとの当接位置が移動して回転ステージ３６が回
転し、回転ステージ上の回折格子３７も回転して、直進
ステージ３４上のミラー３８に対する回折角が変化し、
外部共振器長と回折格子３７の選択波長が連動変化す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザから
出射された光を回折格子に入射し、回折格子の回折光を
ミラーによって回折格子へ反射するように構成するとと
もに、半導体レーザからの光に対する回折格子の角度と
半導体レーザの外部共振器長とを可変することによっ
て、波長を連続可変する光を出力する波長可変光源に関
する。

【０００２】

【従来の技術】光部品の各種の波長依存特性を測定する
ための光源として、従来より外部共振型の波長可変光源
が用いられている。

【０００３】リトマン型の外部共振型の波長可変光源
は、半導体レーザの出射光を回折格子に入射し、その回
折光をミラーによって回折格子側へ反射して半導体レー
ザ側へ戻すように構成されている。

【０００４】この構成においては、ミラーと半導体レー
ザの一方の端面との間で外部共振器を構成しており、こ
の外部共振器長を変化させると半導体レーザから出射さ
れる共振波長が連続的に変化する。さらに、回折格子へ
の半導体レーザからの光の入射を可変すると、外部共振
器の選択波長が変化する。

【０００５】したがって、この外部共振型の半導体レー
ザで出射波長を連続的に変化させるためには、外部共振
器長を可変することで共振波長が変化する光のうち、特
定の共振モードの光の波長の変化に追従させて回折格子
の角度を可変する必要がある。

【０００６】このように、外部共振器長の変化に対して
回折格子の角度が追従変化させるために、従来の波長可
変光源１０は図５に示すように構成されている。

【０００７】この波長可変光源１０は、上面が平坦なベ
ース１１上に形成されている。ベース１１上の所定位置
には、光をベース上面に沿って一定方向に出射する半導
体レーザ１２が設けられている。半導体レーザ１２から
出射された光は、コリメータ１３によって平行光に変換
される。

【０００８】コリメータ１３をはさんで半導体レーザ１
２の反対側には、直進ステージ１４が配置されている。
直進ステージ１４の上面１４ａはベース１１の上面１１
ａと平行に形成されており、図示しないガイド部材によ
ってコリメータ１３の光軸に沿ってベース１１上を直線
的に移動可能になっており、モータ等からなる駆動装置
１５によって駆動される。

【０００９】直進ステージ１４の上には、回転ステージ
１６が設けられている。回転ステージ１６は、直進ステ
ージ１４の上面１４ａに直交し且つコリメータ１３の光
軸と交わる回転軸Ｊを中心として直進ステージ１４に回
転自在に支持されている。

【００１０】回転ステージ１６の上には、回折格子１７
とミラー１８が固定されている。回折格子１７は、光を
回折するための刻線が設けられた回折面１７ａ上を回転
ステージ１６の回転軸Ｊが通り且つ刻線が回転ステージ
１６の回転軸Ｊと平行となるように、回転ステージ１６
上に固定されている。

【００１１】ミラー１８は、その反射面１８ａを回折格
子１７の回折面１７ａに対向させた状態で、回転ステー
ジ１６の周縁上に固定されている。

【００１２】また、回転ステージ１６にはスライドバー
２０の一端側２０ａが固定されている。スライドバー２
０は、回転ステージ１６の回転軸Ｊに直交し且つ回折格
子１７の回折面１７ａと同一平面内で回転ステージ１６
の径方向に延びている。

【００１３】スライドバー２０の他端２０ｂ側は、ベー
ス１１上に立設されたスライドガイド２１の台部２１ａ
によって下方から支持されており、その先端は、スライ
ドガイド２１のガイド面２１ｂに当接している。スライ
ドガイド２１のガイド面２１ｂは、回転ステージ１６の
回転軸Ｊに平行で且つ直進ステージ１４の移動方向と直
交する方向に延びており、このガイド面２１ｂによって
スライドバー２０の先端を、直進ステージ１４の移動方
向と直交する方向に摺動案内する。

【００１４】なお、回転ステージ１６とベース１１との
間には、回転ステージ１６に取り付けられたスライドバ
ー２０の先端がスライドガイド２１のガイド面２１ｂに
常に当接する方向に回転付勢するためのバネ２２が取り
付けられている。

【００１５】このように構成された波長可変光源１０で
は、駆動装置１５によって例えば図６に示すように、直
進ステージ１４が半導体レーザ１２に近づく方向に所定
距離移動すると、スライドバー２０の先端とスライドガ
イド２１のガイド面２１ｂとの当接位置Ａが半導体レー
ザ１２から遠ざかる方向に移動して、回転ステージ１６
がバネ２２の力に抗して時計回りに所定角度回転する。
逆に直進ステージ１４が半導体レーザ１２から離間する
方向に移動すると、バネ２２の力によってスライドバー
２０の先端とスライドガイド２１のガイド面２１ｂとの
当接位置Ａが半導体レーザ１２に近づく方向に移動し
て、回転ステージ１６が反時計回りに回転する。

【００１６】ここで、直進ステージ１４を移動すること
は、半導体レーザ１２の外部共振器長を可変しているこ
とになるので、外部共振器長に追従して回折格子１７の
角度を可変することができる。

【００１７】そして、回転ステージ１６の回転軸Ｊから
スライドバー２０の先端までの距離、回転軸Ｊからスラ
イドガイド２１のガイド面２１ｂまでの距離、回転軸Ｊ
から半導体レーザ１２までの距離および回転軸Ｊからミ
ラー１８の反射面１８ａまでの距離等が所定の関係を満
たすように予め設定しておくことで、１つの共振モード
の光をその波長が連続的に可変できる状態で出射するこ
とができる。

【００１８】なお、波長可変された光は、例えば図５、
図６に破線で示しているように、半導体レーザ１２の回
折格子側とは逆の端面から出射される。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
たように回転ステージ１６上に回折格子１７とミラー１
８とを配置した従来の波長可変光源では、回転ステージ
１６の径が大きくなるという問題があった。

【００２０】また、回転ステージ１６上の周縁部にミラ
ー１８が配置されるので、このミラー１８によって回転
ステージ１６の重心位置が回転中心から離れた位置とな
り、回転ステージ１６の中心部を回転自在に支持する支
持機構の僅かにガタによって、回転ステージ１６が大き
な軸ぶれを起こし、この軸ぶれによって半導体レーザ１
２の光軸に対する回折格子１７の回折面１７の刻線の角
度が変化してしまい、共振器長の変化に選択波長の変化
が追従せず、直進ステージの位置に対する出射光の波長
の再現性が低いという問題があった。

【００２１】本発明は、この問題を解決した波長可変光
源を提供することを目的としている。

【００２２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の請求項１の波長可変光源は、ベース（３
１）と、前記ベース上に設けられ、前記ベース面に沿っ
た方向に光を出射する半導体レーザ（３２）と、前記半
導体レーザから出射された光を平行光に変換するコリメ
ータ（３３）と、前記コリメータの光軸に沿って前記ベ
ース上を移動可能に形成された直進ステージ（３４）
と、前記直進ステージを移動させる駆動手段（３５）
と、前記直進ステージのステージ面の垂線であって、且
つそれと前記コリメータの光軸と交わる回転軸を中心と
して前記直進ステージ上に回転自在に支持された回転ス
テージ（３６）と、前記コリメータからの光を回折する
ための刻線が設けられた回折面を有し、該回折面上を前
記回転ステージの回転軸が通り、且つ前記刻線が前記回
転ステージの回転軸と平行となるように、前記回転ステ
ージ上に固定された回折格子（３７）と、前記回折格子
の回折面に対向するように前記直進ステージ上に設けら
れ、前記回折格子の回折面からの回折光を該回折面へ反
射するミラー（３８）と、前記回転ステージの回転軸に
垂直な平面内にあり且つ前記回折格子の回折面に対して
前記回転ステージの回転軸に交わる前記ミラーの反射面
の法線と前記コリメータの光軸とがなす角の１／２の角
度をなすようにして前記回転ステージの径方向に延び、
一端側が前記回転ステージに固定された所定長さのスラ
イドバー（４０）と、前記スライドバーの他端を当接し
た状態で前記直進ステージの移動方向と直交する方向に
摺動案内するスライドガイド（４１）とを備え、前記回
転ステージの回転軸から前記スライドバーの摺動方向の
面を含む平面と前記コリメータの光軸との交点までの距
離が、前記半導体レーザの一方の端面と前記ミラーとの
間の光路で構成される実効外部共振器長と等しくなるよ
うに構成したことを特徴としている。

【００２３】また、本発明の請求項２の波長可変光源
は、請求項１の波長可変光源において、前記ミラーをそ
の反射面の法線方向に移動させるミラー移動手段（５
１）を前記直進ステージ上に設けている。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態を説明する。図１は、本発明の実施形態の波長可
変光源３０の構成を示している。

【００２５】この波長可変光源３０は、上面が平坦なベ
ース３１上に形成されており、ベース３１上の所定位置
には、光をベース上面に沿って一定方向に出射する半導
体レーザ３２が設けられ、半導体レーザ３２から出射さ
れた光は、コリメータ３３によって平行光に変換され
る。

【００２６】コリメータ３３をはさんで半導体レーザ３
２の反対側には、直進ステージ３４が配置されており、
直進ステージ３４の上面３４ａはベース３１の上面３１
ａと平行に形成されている。この直進ステージ３４は、
図示しないガイド部材によってコリメータ３３の光軸に
沿ってベース３１上を直線的に移動可能になっており、
モータ等からなる駆動装置３５によって駆動される。

【００２７】直進ステージ３４の上には回転ステージ３
６が設けられている。回転ステージ３６は、直進ステー
ジ３４の上面３４ａに垂直で且つコリメータ３３の光軸
と交わる回転軸Ｊを中心として直進ステージ３４に回転
自在に支持されている。

【００２８】回転ステージ３６の上には回折格子３７が
固定されている。回折格子３７は、光を回折するための
刻線が設けられた回折面３７ａ上を回転ステージ３６の
回転軸Ｊが通り且つ刻線が回転ステージ３６の回転軸Ｊ
と平行となるように、回転ステージ３６上に固定されて
いる。

【００２９】一方、回折格子３７からの回折光を回折面
へ反射するためのミラー３８は、その反射面３８ａの中
心を通る法線が回転軸Ｊと直交する向きで回折格子３７
の回折面３７ａに対向している。このミラー３８には平
面ミラーまたはコーナーミラーが用いられる。

【００３０】また、回転ステージ３６にはスライドバー
４０の一端４０ａ側が固定されている。スライドバー４
０は、回転ステージ３６の回転軸Ｊに直交し且つ回折格
子３７の回折面３７ａに対して回転ステージ３６の回転
軸Ｊに交わるミラー３８の反射面の法線とコリメータ３
３の光軸とがなす角２γの１／２の角度γをなすように
して回転ステージ３６の径方向に延びている。

【００３１】スライドバー４０の他端４０ｂ側は、ベー
ス３１上に立設されたスライドガイド４１の台部４１ａ
に下方から支持されており、その先端は、スライドガイ
ド４１のガイド部４１ｂに当接している。スライドガイ
ド４１のガイド部４１ｂは、ベース３１に平行で且つ直
進ステージ３４の移動方向と直交する方向に延びてお
り、このガイド部４１ｂの延長線とコリメータ３３の光
軸との交点から回転ステージ３６の回転軸Ｊまでの距離
は、この外部共振器の実効外部共振器長と等しくなるよ
うに設定されている。スライドバー４０の先端は、この
ガイド部４１ｂによって直進ステージ３４の移動方向と
直交する方向に摺動案内される。

【００３２】なお、回転ステージ３６とベース３１との
間には、回転ステージ３６に取り付けられたスライドバ
ー４０の先端がスライドガイド４１のガイド部４１ｂに
常に当接する方向に回転付勢するためのバネ４２が取り
付けられている。

【００３３】また、波長可変された光は、半導体レーザ
３２の回折格子とは反対側の端面から取り出される。

【００３４】このように構成された波長可変光源３０で
は、駆動装置３５によって例えば図２の（ａ）に示すよ
うに、直進ステージ３４が半導体レーザ３２に近づく方
向に所定距離移動すると、スライドバー４０の他端４０
ｂとスライドガイド４１のガイド部４１ｂとの当接位置
が半導体レーザ３２から遠ざかる方向に移動して、回転
ステージ３６がバネ４２の力に抗して時計回りに所定角
度回転し、回折格子３７も回転ステージ３６と同一方向
に同一角度回転する。

【００３５】また、図２の（ｂ）のように、直進ステー
ジ３４が半導体レーザ３２から離間する方向に移動する
と、バネ４２の力によってスライドバー４０の他端４０
ｂとスライドガイド４１のガイド部４１ｂとの当接位置
が半導体レーザ３２に近づく方向に移動して、回転ステ
ージ３６が反時計回りに回転し、回折格子３７も回転ス
テージ３６と同一方向に同一角度回転する。

【００３６】したがって、回転ステージ３６上の回折格
子３７は、直進ステージ３４の移動に追従して回転する
ことになり、直進ステージ３４を移動することは、半導
体レーザ３２の外部共振器長を可変していることになる
ので、外部共振器長に追従して回折格子３７の角度を可
変することができる。

【００３７】次に、この波長可変光源３０が波長を連続
的に可変できるための条件について説明する。

【００３８】図３に示しているように、この波長可変光
源３０では、回折格子３７とミラー３８との間の光路長
Ｌａは、直進ステージ３４の移動や回転ステージ３６の
回転にかかわらず一定であり、この光路長Ｌａと半導体
レーザ３２と回折格子３７との間の光路長Ｌｂとの合計
が外部共振器長となる。

【００３９】なお、半導体レーザ３７内の屈折率は外部
より大きいので、実際の光路長Ｌｂは、図３に示してい
るように、回折格子３７からみて半導体レーザ３２より
反射面側より遠い位置Ｃ′にあり、この位置Ｃ′と、ス
ライドガイド４１のガイド部４１ｂの延長線と半導体レ
ーザ３２の光軸の延長線との交点位置Ｃとの間の距離
が、回折格子３７とミラー３８との間の光路長Ｌａと等
しくなるように予め設定されている。

【００４０】また、前記したように、半導体レーザ３２
から回折格子３７への光の入射光軸と回折光軸のなす角
は、回折格子３７の回折面３７ａとスライドバー４０と
のなす角γの２倍の２γに設定されている。

【００４１】この状態で、発振波長λ₀ の光が半導体レ
ーザから出射されたとすると、回折格子３７で波長λ₀
の光が回折される条件は、次式（１）、（２）のように
表される。

【００４２】λ₀ ＝Ｘ・ｓｉｎθ₀ ……（１） ただし、Ｘ＝（２・ｄ・ｃｏｓγ）／ｍであり、ｍは回
折次数、ｄは回折格子３７の格子定数、θ₀ は図３の
（ｂ）に示すように回折格子３７の入射光軸と回折光軸
のなす角の２等分線Ｉと回折格子３７の法線Ｈとのなす
角であり、回折格子３７の回折角をβ、回折格子３７へ
の入射角をｉとしたとき、θ₀ ＝（β＋ｉ）／２とな
り、γは（β−ｉ）／２で表される定数である。

【００４３】ｑ₀ ・λ₀ ＝２Ｌ₀ ……（２） ただし、ｑ₀ は外部共振モード次数、Ｌ₀ は外部共振器
の実効共振器長である。

【００４４】ここで、外部共振器の実効共振器長Ｌ
₀ は、次式（３）で表される。 Ｌ₀ ＝Ｌｓ・ｓｉｎ（ζ₀ ） ……（３） ただし、Ｌｓは回転軸Ｊからスライドバー４０の先端と
スライドガイド４１の当接位置Ａまでの距離、ζ₀ はス
ライドバー４０とスライドガイド４１のガイド部４１ｂ
とのなす角である。

【００４５】つぎに、波長（λ）、ζ＝ζ₀ ＋Δζ、θ
＝θ₀ ＋Δθの場合を考える。ζ＝ζ₀ ＋Δζとθ＝θ
₀ ＋Δθとは、次の関係から等しい。 （ζ₀ ＋Δζ）＋α＝９０°、（θ₀ ＋Δθ）＋α＝９
０° ただし、αは、スライドバー４０と半導体レーザ３２の
光軸とのなす角である。

【００４６】したがって、回折格子３７の角度（θ₀ ＋
Δθ）によって選択される波長（λ）は、 λ＝Ｘ・sin （θ₀ ＋Δθ） となり、このときの外部共振器長（Ｌ）は、 Ｌ＝Ｌｓ・ｓｉｎ（ζ₀ ＋Δζ）＝Ｌｓ・λ／Ｘ となる。

【００４７】よって、共振モード次数ｑは、 ｑ＝２・Ｌ／λ＝２・Ｌｓ／Ｘ となり、ＬｓおよびＸは定数であるからｑも一定であ
り、１つの共振モード次数を維持した状態で波長を連続
的に可変することができる。

【００４８】実際の数値例を上げると、回折格子３７の
刻線数を１０００本／ｍｍ、回折格子３７の回折面とス
ライドバー４０のなす角γを２２．５°、回折格子３７
の入射角と出射角のなす角２γを４５°とした場合、波
長１．５５μｍでθ＝ζ＝５７°、回折格子への入射角
ｉ＝７９．５°となる。

【００４９】以上のように、この波長可変光源３０で
は、回転ステージ３６で回折格子３７のみをそのほぼ中
央部に支持し、直進ステージ３４上にミラー３８を設け
ているため、回転ステージ３６を回折格子３７を支持す
るのに必要最小限の大きさまで小さくすることができ
る。また、ミラー３８による回転ステージの軸ぶれが発
生しないため、共振器長と選択波長とが常に同調し、直
進ステージの位置の変化に対して出射光の波長を高い再
現性をもって変化させることができる。

【００５０】なお、前記実施形態では、ミラー３８を直
進ステージ３４上に固定していたが、図４に示す波長可
変光源５０のように、ミラー３８を圧電素子等によるミ
ラー移動手段５１によって、反射面３８ａの法線方向に
移動できるように構成してもよい。このように構成した
場合には、ミラー移動手段５１によるミラー３８の移動
によって共振器長と回折格子３７の回転角のずれを補正
することができる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の波長可変
光源は、直進ステージ上の回転ステージに回折格子のみ
を配置し、ミラーを直進ステージ上に設けているため、
回転ステージを小さくすることができ、ミラーによる回
転ステージの軸ぶれが発生しないため、共振器長と選択
波長とが常に同調し、直進ステージの位置の変化に対し
て出射光の波長を高い再現性をもって変化させることが
できる。

【００５２】また、ミラーに移動手段を設けた波長可変
光源は、ミラー移動手段によるミラーの移動によって共
振器長と回折格子の回転角のずれを補正することがで
き、さらに高い安定度で波長を連続可変することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の構成を示す図

【図２】実施形態の動作を説明するための図

【図３】波長を連続可変させるための条件を検討するた
めの図

【図４】本発明の他の実施形態の構成を示す図

【図５】従来の光源の構成を示す図

【図６】従来の光源の動作を説明するための図

【符号の説明】

３０ 波長可変光源 ３１ ベース ３２ 半導体レーザ ３３ コリメータ ３４ 直進ステージ ３５ 駆動手段 ３６ 回転ステージ ３７ 回折格子 ３８ ミラー ４０ スライドバー ４１ スライドガイド ４２ バネ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１０年６月１６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図 １】

【図 ２】

【図 ４】

【図 ３】

【図 ５】

【図 ６】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 崇記 東京都港区南麻布五丁目10番27号 アンリ ツ株式会社内 (72)発明者 待鳥 誠範 東京都港区南麻布五丁目10番27号 アンリ ツ株式会社内 (72)発明者 池内 公 東京都港区南麻布五丁目10番27号 アンリ ツ株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ベース（３１）と、 前記ベース上に設けられ、前記ベース面に沿った方向に
   光を出射する半導体レーザ（３２）と、 前記半導体レーザから出射された光を平行光に変換する
   コリメータ（３３）と、 前記コリメータの光軸に沿って前記ベース上を移動可能
   に形成された直進ステージ（３４）と、 前記直進ステージを移動させる駆動手段（３５）と、 前記直進ステージのステージ面の垂線であって、且つそ
   れと前記コリメータの光軸と交わる回転軸を中心として
   前記直進ステージ上に回転自在に支持された回転ステー
   ジ（３６）と、 前記コリメータからの光を回折するための刻線が設けら
   れた回折面を有し、該回折面上を前記回転ステージの回
   転軸が通り、且つ前記刻線が前記回転ステージの回転軸
   と平行となるように、前記回転ステージ上に固定された
   回折格子（３７）と、 前記回折格子の回折面に対向するように前記直進ステー
   ジ上に設けられ、前記回折格子の回折面からの回折光を
   該回折面へ反射するミラー（３８）と、 前記回転ステージの回転軸に垂直な平面内にあり且つ前
   記回折格子の回折面に対して前記回転ステージの回転軸
   に交わる前記ミラーの反射面の法線と前記コリメータの
   光軸とがなす角の１／２の角度をなすようにして前記回
   転ステージの径方向に延び、一端側が前記回転ステージ
   に固定された所定長さのスライドバー（４０）と、 前記スライドバーの他端を当接した状態で前記直進ステ
   ージの移動方向と直交する方向に摺動案内するスライド
   ガイド（４１）とを備え、 前記回転ステージの回転軸から前記スライドバーの摺動
   方向の面を含む平面と前記コリメータの光軸との交点ま
   での距離が、前記半導体レーザの一方の端面と前記ミラ
   ーとの間の光路で構成される実効外部共振器長と等しく
   なるように構成したことを特徴とする波長可変光源。
2. 【請求項２】前記ミラーをその反射面の法線方向に移動
   させるミラー移動手段（５１）を前記直進ステージ上に
   設けたことを特徴とする請求項１記載の波長可変光源。